De nieuwe thermomagnetische generator peurt nog stroom uit gassen die maar iets warmer zijn dan de omgevingstemperatuur (afb: IMT/KIT)

Een groot probleem is dat mensen erg onhandig zijn in het omzetten van allerlei energiebronnen in voor de mens handige vorm. Krachtcentrales, ook kerncentrales, zijn eigenlijk heel primitieve vormen om elektrische energie uit energierijke verbindingen te halen. Daarbij komt een hoop warmte vrij waar we niks of in ieder geval weinig mee doen. Ook bij allerlei industriële processen komt warmte vrij die meestal ‘geloosd ‘ wordt. Er wordt wel gezocht naar manieren om afvalwarmte te gebruiken, maar dat schiet ook niet echt op. Misschien tot voor kort. Nu komen onderzoekers van het KIT in Frankfurt en de universiteit van Tōhoku in Japan met een ontwikkeling om uit afvalwarmte elektriciteit op te wekken met behulp van zogeheten thermomagnetische generatoren die ruim drie keer beter werken dan voorgaande versies.
Als de afvalwarmte heet genoeg is, dan valt er nog wel wat mee te doen (niet dat dat gebeurt, maar dat is wat anders), maar als de temperatuur lager wordt dan wordt dat een probleem. Een manier om uit ‘lauwe’ afvalwarmte stroom te halen is met thermoelektrische generatoren. Die zetten warmte direct om in elektrische energie.
Dat soort systemen zijn echter nogal duur en soms ook giftig. Bovendien heb je toch stevige temperatuursverschillen nodig voor enig resultaat. Alles bij elkaar klinkt dat niet erg aanlokkelijk.
Een iets meer belovend alternatief is de thermomagnetische generator. De werking daarvan is gebaseerd op de temperatuurafhankelijke verschillen in magnetische eigenschappen van bepaalde legeringen. Die wisselende magnetisering veroorzaakt in een spoel een elektrische stroom.
Het principe is niet nieuw. Het systeem was al bekend in de 19de eeuw. Sinds die tijd is er wel verbetering bereikt maar niet genoeg voor een brede toepassing.
Het schijnt de onderzoekers in Duitsland en Japan te zijn gelukt het systeem aanzienlijk rendabeler te laten verlopen (met een factor 3,4). “Nu kunnen theromagnetische generatoren voor het eerst met thermoelektrische concurreren”, zegt Manfred Kohl van het KIT-instituut voor microstructuurtechniek. “Daarmee zijn we het doel om afvalwarmte met een klein temperatuurverschil om te zetten in stroom aanzienlijk dichterbij gekomen.”

Heuslerlegeringen

Het hart van die thermomagnetische generatoren zijn de zogeheten Heuslerlegeringen. Dat zijn magnetische legeringen die in dunne lagen worden samengevoegd en die gekenmerkt worden door een grote temperatuurafhankelijke magnetisering en snel warmte doorgeven. Daarbij is een nieuw fenomeen toegepast dat de onderzoekers resonante zelfactivering noemen. Zelfs bij kleine temperatuurverschillen ontstaan er resonante trillingen die efficiënt in stroom kunnen worden omgezet. Per onderdeel is de elektrische prestatie gering en de crux zit ‘m in de materialen en hoe je die in elkaar steekt.
Bij een nikkel/gallium/mangaanlegering bleek dat de dikte van de lagen van invloed heeft op de ‘opbrengst’. Uiteindelijk leverde hun generator dus die goede prestatie door de legeringslagen van 5 µm te verhogen tot 40 µm. Dan kregen de generatoren een maximaal vermogen van 50 µWatt per vierkante centimeter bij een temperatuurverschil van maar 3°C. Kohl: “Die resultaten effenen de weg naar op maat gemaakte parallel geschakelde generatoren die energie halen uit afvalwarmte die maar iets hoger is dan de omgevingstemperatuur.”

Bron: Alpha Galileo